Конвективный теплообмен в процессах конденсации рабочих веществ

Конденсация паров рабочих веществ на твердой внутренней поверхности конденсаторов происходит, если температура поверхности ниже температуры насыщения при данном давлении. На поверхности может образовываться пленка конденсата с толщиной, намного превышающей расстояние эффективного действия межмолекулярных сил. В ряде случаев поверхность может быть покрыта отдельными каплями конденсата.

Первый вид конденсации, когда жидкая конденсированная фаза образуется на поверхности теплообмена в виде устойчивой пленки, называется пленочной конденсацией, а второй - когда происходит образование капель - капельной. Пленочная конденсация имеет место, если конденсат смачивает данную поверхность теплообмена. Если конденсат не смачивает поверхность, то происходит капельная конденсация.

В конденсаторах холодильных машин, в том числе и бытовых, имеет место пленочная конденсация.

При конденсации в трубах паровой объем ограничен стенками трубы. Если направление движения пара совпадает с направлением течения конденсата под действием силы тяжести, то скорость течения пленки повышается, ее толщина уменьшается, а коэффициент теплоотдачи увеличивается.

Если направление движения пара противоположно направлению течения конденсата, то пленка может замедлять движение, ее толщина при этом увеличивается, а коэффициент теплоотдачи снижается. Повышение скорости пара может привести к тому, что пленка будет увлечена паром и частично сорвана с поверхности стенки. В этом случае коэффициент теплоотдачи повышается.

Течение конденсата и пара может быть как ламинарным, так и турбулентным. На входе в трубу течение пара может быть турбулентным. По мере конденсации пара его скорость снижается, и турбулентный режим может перейти в ламинарный. Если происходит полная конденсация, то в конце скорость пара равна нулю. В то же время скорость конденсата вдоль трубы непрерывно возрастает, и течение конденсата может перейти в турбулентное. При определенных условиях может иметь место срыв капель с поверхности пленки.

Сочетание перечисленных условий делает задачу о теплообмене при конденсации пара в трубе очень сложной и затрудняет ее решение.

Коэффициенты теплоотдачи при конденсации паров холодильного агента в конденсаторах бытовых холодильников рассчитываются по уравнениям, приведенным в методических указаниях к лабораторной работе № 4.